快速灭菌技术的适用场景与局限性分析

快速灭菌技术的适用场景与局限性分析

杨静文  河南省漯河市舞阳县中心医院

在人类与微生物的漫长斗争中，灭菌技术始终占据着关键地位。从日常生活到医疗、食品、制药等专业领域，灭菌都是保障健康、安全与产品质量的重要手段。随着科技的不断进步，快速灭菌技术应运而生，为诸多场景带来了高效、便捷的解决方案。

一、常见快速灭菌技术原理

（一）热力灭菌原理

热力灭菌是最为人们熟知的灭菌方式之一，其原理是通过高温破坏微生物的蛋白质、核酸和细胞膜等关键结构，使其失去活性，无法再进行生长繁殖。根据温度和时间的不同，热力灭菌又可细分为干热灭菌和湿热灭菌。在干热灭菌中，微生物因高温氧化、蛋白质变性以及电解质浓缩中毒而死亡，常用于耐高温、对热稳定的物品，像玻璃器皿、金属制品等。而湿热灭菌则凭借蒸汽的穿透力和潜热，使微生物蛋白质迅速变性，效果更胜一筹，适用于多数物品的灭菌。现代快速灭菌技术更是借助脉冲电场灭菌、微波灭菌等，利用电磁场和微波能加速热力作用，极大地提高了灭菌效率。

（二）化学灭菌原理

化学灭菌利用化学消毒剂来破坏微生物的细胞壁、蛋白质和核酸。常见的化学消毒剂种类繁多，醇类能使蛋白质变性、溶解脂质；酚类可损伤细胞膜和蛋白质；醛类通过烷基化作用破坏蛋白质和核酸；过氧化物依靠强氧化性杀灭微生物。每种消毒剂都有其独特的作用机制，在实际应用中，需依据不同场景和微生物特性来选择合适的消毒剂。如今，研发新型高效低毒的化学消毒剂，以及提高化学消毒剂的生物利用度，成为了该领域的重要发展趋势。

（三）辐射灭菌原理

辐射灭菌借助电离辐射，如 γ 射线、X 射线等，破坏微生物的 DNA 和 RNA，使其失去繁殖能力。当辐射能量被微生物细胞吸收，会引发分子层面的损伤，如 DNA 单链或双链断裂、碱基修饰等。不同微生物对辐射的敏感性各异，因此需精准确定合适的辐照剂量。辐射灭菌具有高效、快速、无残留的显著优点，广泛应用于多种产品的灭菌。前沿技术如电子束辐射灭菌，能量更高、杀菌速度更快，为辐射灭菌领域注入了新的活力。

（四）过滤灭菌原理

过滤灭菌通过过滤材料拦截微生物，实现净化目的。依据过滤孔径的大小，可分为微孔过滤、超滤和纳滤等。其中，微孔过滤孔径通常在 0.1 - 10 微米，能有效拦截细菌、真菌等较大微生物；超滤孔径为 0.001 - 0.1 微米，可去除病毒、胶体等；纳滤孔径则介于 0.0001 - 0.001 微米之间，主要用于截留小分子有机物和部分离子。现代快速过滤灭菌技术，如膜过滤，采用高性能膜材料，大大提高了过滤效率，同时降低了截留量，在热敏感物质的灭菌中发挥着关键作用。

（五）等离子体灭菌原理

等离子体灭菌利用等离子体产生的能量，如电子、离子、自由基等，破坏微生物的细胞结构。等离子体中富含的高活性粒子，能够与微生物的细胞壁、细胞膜、蛋白质和核酸等发生反应，导致细胞受损、功能丧失。等离子体灭菌具有高效、快速、广谱的特性，可应用于多种类型产品的灭菌。冷等离子体灭菌技术更是在较低温度下实现高效灭菌，有效降低了对产品的损伤，为热敏性材料的灭菌提供了理想选择。

二、适用场景

（一）医疗领域

手术室器械灭菌：手术室作为医院感染的高风险区域，对手术器械的灭菌要求极高。快速灭菌技术能够在短时间内完成器械的灭菌过程，极大地提高了手术室的运转效率。例如，高压蒸汽灭菌是手术室常用的快速灭菌方法之一，它利用高温高压蒸汽使微生物蛋白质变性、凝固，从而达到可靠的灭菌效果，适用于大多数耐高温高压的金属器械和部分耐高温的塑料制品。对于一些不耐高温高压但又急需使用的器械，如部分内镜、精密仪器等，则可采用过氧化氢低温等离子灭菌技术。这种技术在 50℃ - 60℃的低温环境下进行灭菌，对器械的损伤较小，同时灭菌时间短，能够在短时间内为手术提供无菌器械。

牙科、眼科等专科器械灭菌：牙科和眼科器械通常较为精密且频繁使用，需要快速、有效的灭菌方式。以牙科为例，高速涡轮手机、牙科车针等器械在使用后需尽快灭菌以保证下一位患者的使用安全。干热快速灭菌器可用于耐高温的牙科金属器械灭菌，通过高温干燥空气使微生物氧化、蛋白质变性，从而实现快速灭菌。而眼科的角膜接触镜、手术器械等，对无菌要求极高，一些快速灭菌技术如环氧乙烷灭菌（虽有一定局限性，但在特定器械上仍有应用），能在相对较短时间内达到彻底灭菌的效果，确保眼科手术的安全性。

紧急情况处理：在急诊手术、突发事件救援等紧急情况下，快速灭菌技术显得尤为重要。当急需使用某些关键器械，而常规灭菌时间无法满足需求时，快速灭菌技术能够迅速对器械进行处理，为挽救患者生命争取宝贵时间。例如，在野外急救站或临时医疗点，可采用便携式的快速灭菌设备，如小型的高温快速灭菌器，对简单的手术器械进行现场快速灭菌，保障紧急医疗救治的顺利进行。

（二）食品工业

食品包装材料灭菌：食品包装材料的无菌状态直接关系到食品的保质期和安全性。在食品生产过程中，对包装材料如塑料瓶、金属罐、纸质包装等进行快速灭菌十分关键。例如，紫外线灭菌可用于食品包装材料的表面灭菌，通过紫外线照射破坏微生物的 DNA 结构，防止微生物在包装过程中污染食品。而对于一些不耐高温的塑料包装材料，过氧化氢干雾灭菌技术则可发挥作用。将过氧化氢雾化成微小颗粒，均匀覆盖包装材料表面，过氧化氢分解产生的强氧化性物质能够快速杀灭微生物，且分解产物为水和氧气，不会对食品造成污染。

即食食品、饮料等生产：即食食品和饮料行业对生产效率和产品质量要求极高。在即食食品加工中，如熟食、速食面等，采用高温短时杀菌（HTST）或超高温瞬时杀菌（UHT）等快速灭菌技术，既能有效杀灭食品中的有害微生物，延长保质期，又能最大程度保留食品的口感、营养和色泽。例如，在牛奶生产中，超高温瞬时杀菌技术将牛奶迅速加热到 135℃ - 150℃，保持数秒后立即冷却，在极短时间内实现灭菌，使牛奶能够在常温下保存较长时间，同时保留了牛奶的大部分营养成分和风味。对于饮料生产，尤其是一些对温度敏感的果汁饮料，可采用无菌冷灌装技术，先对饮料进行低温杀菌处理，如采用膜过滤除菌技术去除微生物，再在无菌环境下进行灌装，既能保证饮料的无菌状态，又能避免高温对饮料品质的影响。

食品加工设备灭菌：食品加工设备，如管道、容器、灌装机等，容易成为微生物污染的源头。定期对这些设备进行快速灭菌，能够有效防止微生物在设备表面和内部滋生，从而保证食品的质量安全。例如，使用过氧乙酸等化学消毒剂对食品加工管道进行在线快速灭菌，通过循环冲洗的方式，使消毒剂充分接触管道内壁，杀灭附着的微生物。对于一些大型的食品加工设备，还可采用辐照灭菌技术，利用电子束或 γ 射线对设备进行整体辐照，实现快速、全面的灭菌效果，且不影响设备的正常使用。

（三）制药行业

药品生产过程中的器具灭菌：在药品生产过程中，各种器具如西林瓶、胶塞、注射器等必须保证无菌状态，以防止微生物污染药品。快速灭菌技术在这方面发挥着重要作用。例如，湿热灭菌法常用于耐高温的玻璃器具和金属器具的灭菌，通过高温高压蒸汽在短时间内杀灭微生物，确保器具的无菌性。对于一些不耐高温的塑料制品，如一次性注射器的包装材料，可采用环氧乙烷灭菌或辐照灭菌等快速灭菌方式，在保证包装材料完整性的同时达到灭菌目的。

药品包装材料灭菌：药品包装材料的质量直接关系到药品的稳定性和有效期。快速灭菌技术能够对药品包装材料进行高效灭菌，确保药品在储存和运输过程中的质量安全。例如，采用钴 60 辐照灭菌技术对药品纸盒进行灭菌，辐照剂量能够精准控制，既能有效杀灭微生物，又不会对纸盒的物理性能和印刷质量产生明显影响。对于一些塑料包装材料，如聚氯乙烯（PVC）输液袋，可采用电子束辐照灭菌，这种方法速度快、效率高，且不会引入化学残留，保证了药品包装的安全性。

实验室快速灭菌需求：制药企业的实验室在进行药品研发、质量检测等工作时，也经常需要对实验器具、试剂等进行快速灭菌。例如，在微生物检测实验室中，对玻璃培养皿、试管等器具的灭菌要求快速且可靠，干热灭菌箱可在短时间内将器具加热到高温，实现快速灭菌。对于一些热敏感的试剂，如某些生物制剂，可采用过滤除菌技术，通过 0.22μm 的微孔滤膜过滤，去除其中的微生物，保证试剂的无菌性，同时不影响试剂的活性和成分。

（四）其他领域

化妆品生产：化妆品中含有丰富的营养成分，容易滋生微生物，因此对生产过程中的灭菌要求严格。快速灭菌技术可用于化妆品原料、包装材料以及生产设备的灭菌。例如，在化妆品原料的处理中，对于一些液体原料，可采用高温短时杀菌或膜过滤除菌技术，在保证原料质量的前提下，快速去除微生物。对于化妆品包装瓶，可利用紫外线或过氧化氢等离子体进行表面灭菌，防止微生物污染化妆品。

科研机构：科研机构在进行各类实验时，对实验器具和样品的无菌要求极高。快速灭菌技术能够满足科研工作中对实验器材快速灭菌的需求，提高实验效率。例如，在细胞培养实验中，对培养皿、吸管、培养基等的灭菌要求严格，高压蒸汽灭菌和干热灭菌可分别用于不同材质的实验器具灭菌。对于一些特殊的实验样品，如含有热敏性成分的样品，可采用辐照灭菌或过滤除菌等方法，在不破坏样品性质的前提下实现灭菌。

家庭场景（部分小型物品）：在家庭生活中，也有一些小型物品需要进行快速灭菌，如婴儿奶瓶、奶嘴、餐具等。一些小型的家用灭菌设备，如蒸汽消毒柜，利用高温蒸汽对物品进行快速灭菌，操作简单方便，能够在短时间内杀灭常见的细菌和病毒，保障家人的健康。此外，对于一些不耐高温的小型物品，如硅胶玩具等，可采用酒精擦拭等化学消毒方法进行快速灭菌处理。

三、局限性分析

（一）对物品材质的限制

高温相关灭菌技术：高压蒸汽灭菌和干热灭菌等高温灭菌技术虽然灭菌效果可靠，但对物品材质有较高要求。许多不耐高温的材料，如部分塑料（像聚碳酸酯、聚苯乙烯等）、橡胶、含电子元件的器械等，在高温环境下会发生变形、老化、损坏等问题。例如，一些精密的电子医疗设备，内部含有电路板和电子元件，无法承受高温高压蒸汽灭菌，否则会导致设备故障。同样，某些橡胶制品在高温干热环境下会变脆、失去弹性，影响其正常使用。

化学灭菌技术：化学消毒剂在灭菌过程中可能与某些物品材质发生化学反应，造成物品损坏或性能改变。例如，含氯消毒剂具有较强的腐蚀性，对金属器械有腐蚀作用，长期使用可能导致金属器械生锈、损坏。环氧乙烷虽灭菌效果好，但它是一种易燃易爆的气体，且对某些塑料制品、橡胶制品等有一定的溶胀作用，可能影响物品的尺寸精度和物理性能。

等离子体灭菌技术：等离子体灭菌对物品的材质也有一定限制，特别是对于一些表面有特殊涂层或处理的材料，等离子体中的活性粒子可能会破坏涂层结构，影响物品的性能。例如，一些医疗器械表面经过特殊的抗菌涂层处理，采用等离子体灭菌后，涂层可能会被部分破坏，降低其抗菌效果。

（二）灭菌效果的不确定性

微生物种类差异：不同种类的微生物对快速灭菌技术的抵抗力各不相同。一些细菌芽孢、真菌孢子等具有较强的抗逆性，常规的快速灭菌方法可能难以将其彻底杀灭。例如，肉毒杆菌芽孢对高温、化学消毒剂等有很强的耐受性，在采用快速灭菌技术时，如果参数设置不当，就可能导致灭菌不彻底，存在食品安全隐患。在医疗领域，如果手术器械上残留有细菌芽孢，未被彻底杀灭，可能引发术后感染，严重威胁患者健康。

物品结构复杂性：对于结构复杂、有管腔、缝隙等的物品，快速灭菌技术可能难以确保微生物被完全清除。例如，一些细长的管腔器械，如内镜的活检钳管道、牙科手机的内部管腔等，在采用高压蒸汽灭菌时，蒸汽可能无法充分渗透到管腔内部的每一处角落，导致部分微生物残留。同样，在化学灭菌中，消毒剂也可能因难以接触到复杂结构内部的微生物而影响灭菌效果。

环境因素影响：快速灭菌过程中的环境因素，如温度、湿度、压力等，对灭菌效果有重要影响。在实际操作中，如果这些参数未能精准控制，就可能导致灭菌效果不稳定。例如，在过氧化氢低温等离子灭菌中，湿度对灭菌效果影响较大，若环境湿度过高，可能会使过氧化氢等离子体的产生受到抑制，降低灭菌效果。此外，灭菌设备的清洁程度、装载方式等也会对灭菌效果产生一定影响。

（三）设备成本与维护

高端设备投资：一些先进的快速灭菌设备，如辐照灭菌设备、过氧化氢低温等离子灭菌器等，价格昂贵，需要企业或机构投入大量资金进行采购。例如，一套医用的过氧化氢低温等离子灭菌器价格通常在数十万元甚至上百万元，这对于一些小型医疗机构或企业来说，是一笔不小的开支。此外，设备的安装调试也需要专业技术人员，进一步增加了成本投入。

维护与运行成本：快速灭菌设备在使用过程中，需要定期进行维护保养，以确保其性能稳定和灭菌效果可靠。这包括设备的清洁、校准、更换零部件等工作，都需要耗费一定的人力、物力和财力。例如，高压蒸汽灭菌器需要定期检查安全阀、压力表等部件，确保其正常工作，同时还需要对蒸汽发生器进行维护，防止结垢影响蒸汽质量。此外，一些灭菌设备在运行过程中，如辐照灭菌设备，需要消耗大量的能源，进一步增加了运行成本。

专业人员培训：操作快速灭菌设备需要专业人员具备一定的知识和技能，因此企业或机构需要对操作人员进行培训。培训内容包括设备的操作规程、参数设置、故障排除等方面，这也增加了企业的运营成本。如果操作人员未经专业培训，不熟悉设备的操作方法，可能会导致设备损坏、灭菌效果不佳等问题，甚至引发安全事故。

（四）安全风险与环境影响

化学消毒剂残留：化学灭菌技术在使用过程中，如果消毒剂使用不当或残留未清除干净，可能会对人体和环境造成危害。例如，含氯消毒剂在使用后如果残留过多，可能会对皮肤和呼吸道产生刺激作用，长期接触还可能对人体健康造成潜在影响。此外，一些化学消毒剂排放到环境中，可能会对水体、土壤等造成污染，影响生态平衡。

辐射安全隐患：辐射灭菌技术，如 γ 射线辐照灭菌、电子束辐照灭菌等，虽然灭菌效果好，但存在一定的辐射安全风险。如果辐射设备的防护措施不到位，操作人员可能会受到辐射伤害，长期暴露在辐射环境中可能会引发癌症、基因突变等严重疾病。此外，辐射灭菌后的物品如果存在放射性残留，也会对使用者造成潜在威胁。

易燃易爆风险：部分快速灭菌技术，如环氧乙烷灭菌，使用的环氧乙烷是一种易燃易爆的气体，在储存、运输和使用过程中，如果操作不当，容易引发爆炸事故，对人员和设施造成严重损害。因此，环氧乙烷灭菌需要严格的安全管理和防护措施，增加了使用成本和安全风险。